城市轨道交通非自动化车辆段改造方案.pdf

粤怎贼燥皂葬贼蚤燥灶 驭 陨灶泽贼则怎皂藻灶贼葬贼蚤燥灶圆园23,38穴10雪城市轨道交通非自动化车辆段改造方案DOI院10.19557/ki.1001-9944.2023.10.026韩洁渊北京市轨道交通建设管理有限公司袁北京 100068冤摘要院城市轨道交通运营车辆存放于车辆段或停车场遥 非自动化车辆段早尧晚高峰时段袁司机驾驶列车完成出段尧回段作业袁短时间内工作量较大袁强度高袁增加了司机或调度员人为失误引起误闯信号机或列车超速行驶等安全问题的风险遥 自动化车辆段内袁 列车在信号系统ATP/ATO的防护及ATS的实时监控下以CBTC级别运行袁安全尧高效遥随着轨道交通行业的快速发展袁高效率尧低成本尧保安全的运营理念进一步加深袁非自动化车辆段的升级改造也成为一种新趋势遥 该文针对国内典型的非自动化车辆段提出一种系统的尧经济的升级改造方案遥关键词院轨道交通曰车辆段曰改造方案中图分类号院U12曰TP29文献标识码院A文章编号院员园园员鄄怨怨源源渊圆园23冤10鄄园120鄄园5Reconstruction Scheme of Non鄄automatic Depot of Urban Rail TransitHAN Jie渊Beijing Metro Construction Administration Co.袁Ltd.袁Beijing 100068袁China冤Abstract院Urban rail transit operating vehicles are stored in depots or parking lots.During peak hours in the morningand evening of non鄄automated vehicle depots袁drivers drive trains to complete outbound and inbound operations袁result鄄ing in a large workload and high intensity in a short period.This increases the risk of safety issues such as acci鄄dentally running signals or speeding trains caused by human error by drivers or dispatchers.In the automated depot袁trains operate at the CBTC level under the protection of signal system ATP/ATO and real鄄time monitoring of ATS袁ensuring safety and efficiency.With the rapid development of the rail transit industry袁the operation concept of highefficiency袁low cost and safety has been further deepened袁and the upgrading and reconstruction of non鄄automatic depothas become a new trend.This paper proposes a systematic and economical upgrading and transformation scheme fortypical domestic non鄄automatic depot.Key words院rail transit曰depot曰ransformation scheme收稿日期院2023-04-10曰修订日期院2023-08-30作者简介院韩洁渊1983要冤袁女袁学士袁中级工程师袁研究方向为城市轨道交通设备系统建设管理遥城市轨道交通车辆段或停车场是用于存放地铁运营列车的主要场所遥 在运营期间早尧晚 2 个高峰时段袁短时间内需要完成大量的列车出段尧回段作业遥 当车辆段为非自动化车辆段时袁由人工驾驶列车在 RM 模式下由列检库库线运行至转换轨或由转换轨运行至列检库库线完成出段或回段作业袁在此期间袁由人工来保证运行过程中的安全遥 对于这种调度员尧司机短时间内高强度的工作袁对人员素质要求较高且易出现因人为失误导致的误闯信号机或列车超速行驶等问题袁存在出现安全事故的风险遥 自动化车辆段支持列车出库升级为 CBTC 运行级别遥 自动化车辆段的自动化区域内袁列车实现在ATP/ATO 的防护及 ATS 的实时监控下以 CBTC 级别运行袁整个出段尧回段作业期间由信号系统防护列车运行安全遥 车辆段作为地铁停运期间列车存放和列车检修的主要场所袁其自动化程度显得越来越重要遥 本文针对国内典型的非自动化车辆段提出一种系统的尧经济的升级改造方案遥创新与实践120圆园23,38穴10雪截至 2022 年底袁我国已有超过 55 个城市拥有轨道交通袁其运营总里程达到约 10000 km袁宣告我国正式步入地铁时代遥 其中袁绝大多数地铁线路的车辆段仍采用早期的联锁控制和人工调度的方式袁此种模式下袁在车辆段 DCC 设置联锁监控机用于监视轨旁信号设备的状态及在线列车的运行状态等袁并通过值班员人工排列尧取消进路控制列车运行遥司机则是采用人工驾驶的模式以较低限速下驾驶列车完成运营列车的出库尧入库和洗车作业遥 常规车辆段的运营模式整体效率较低尧安全隐患较大遥随着轨道交通行业的快速发展袁高效率尧低成本尧保安全的运营理念进一步加深袁非自动化车辆段的升级改造也成为一种新趋势遥1非自动化车辆段信号系统构成如图 1 所示袁国内典型的非自动化车辆段信号系统配置主要包括院ATS 设备尧联锁设备尧DCS 设备尧轨道占用检测设备尧信号机尧转辙机尧维护设备和电源设备等遥轨旁信号设备院渊1冤转辙机院可靠地转换道岔位置袁改变道岔开通方向袁锁闭道岔尖轨遥渊2冤信号机院指示列车的运行条件遥渊3冤轨道电路渊车辆段的轨道检测设备存在轨道电路和计轴 2 种袁原理一致冤院用于列车位置的检测遥室内信号设备院渊1冤联锁设备院监控工作站渊其它项目也称现地工作站冤院实现对车辆段信号设备的操控遥联锁维护工作站院记录联锁设备的状态及报警信息遥联锁子系统的原理尧结构尧系统功能尧硬件尧软件结构尧系统内部接口及系统性能与正线联锁系统相同袁驱动采集设备数量比正线多遥渊2冤ATS 设备曰ATS 监视工作站院实现对车辆段的实时监控遥ATS 派班工作站院实现对车辆计划的派班遥ATS 维护工作站院记录 ATS 设备的状态及报警信息袁支持回放等遥渊3冤微机监测设备院实现对信号设备开关量及模拟量的监测遥渊4冤维护设备院维护工作站院实现对信号系统其他各子系统的状态监测和维护管理遥渊5冤DCS 设备交换机院实现各设备的网络连接遥APM院用于记录车载 VOBC 与地面信号设备的图 1非自动化车辆段信号系统配置图Fig.1Non鄄automatic depot signal system configuration diagram信号设备室ATS车站分机渊冗余冤信号控制室司机派班室司机派班终端打印机ATP/ATO维护工作站派班终端ATS工作站监控工作站控显终端监控工作站控显复示终端日月检设备室轨道电路电源屏/UPSDCS网管工作站打印机维护工作站ATS接入交换机渊冗余冤ATC接入交换机渊冗余冤APM联锁维护工作站倒机单元监控工作站渊冗余冤微机监测CBI渊2乘2取2冤联锁分线柜电气集中组合柜防雷分线柜创新与实践121粤怎贼燥皂葬贼蚤燥灶 驭 陨灶泽贼则怎皂藻灶贼葬贼蚤燥灶圆园23,38穴10雪数据交互信息袁该部分信息支持用于 DCS 设备故障状态的记录和分析遥渊6冤电源设备电源屏尧稳压器尧UPS院为信号设备提供不间断电源遥2自动化车辆段信号系统构成与常规的非自动化车辆段相比袁增加的主要信号设备包括 ZC 设备尧应答器设备和 LTE 轨旁无线设备1遥 新增设备与既有设备结合实现了列车筛选功能袁并且为列车计算安全位置袁并发送移动授权遥国内典型自动化车辆段的配置如图 2 所示遥3改造方案概况3.1 自动化区域划分自动化车辆段根据使用方的运营需求袁可以将段内区域划分为自动化区域和非自动化区域遥 通常将列检库区域尧洗车库区域尧以及场内的无人区划分为自动化区域遥 车辆段内的其它区域袁例如检修库区域尧工程车库区域和物资库区域等划分为非自动化区域遥 如图 3 所示袁虚线框范围内表示自动化区域袁 列车在该区域的作业可以 CBTC 全自动运行模式进行遥 列车在非自动化区域的作业以限制人工驾驶模式进行遥图 2自动化车辆段信号系统配置图Fig.2Automatic depot signal system configuration diagramBBU渊冗余冤LTE交换机渊冗余冤信号设备室LTE网管终端-ALTE网管终端-BRRU网关计算机DRSZC渊2乘2取2冤ZC维护机工控安全监测与审计系统ATC交换机渊冗余冤维护网交换机ATS交换机渊冗余冤联锁维护工作站道岔缺口监测站机CI渊2乘2取2冤联锁分线柜电气集中组合柜维护工作站集中监测防雷分线柜道岔融雪室内设备NMS工作站A3激光打印机蓄电池组电源屏/UPSATS车站分机渊冗余冤CPHM交换机道岔CPHM采集模块车控室A3激光打印机ATS显示终端2ATS显示终端1现地控制工作站现地控制工作站无源应答器洗车就绪按钮试车线联锁道岔缺口室外设备轨道电路道岔融雪室外设备图 3自动化车辆段站场示意图Fig.3Automatic depot diagram schematic diagram牵出线转换轨自动化运行区域JK3JD1JD2转换轨CD1CD2牵出线洗车库过道过道JK41ACK41ACK40ACK39ACK38ACK14ACK13ACK12ACK40BCK39BCK38BCK14BCK13BCK12BJK40BJK39BJK38BJK14BJK13BJK12B创新与实践122圆园23,38穴10雪3.2设备改造内容非自动化车辆段改造成自动化车辆段涉及的主要设备变化院渊1冤ZC 设备院在车辆段信号设备室内增加 1 套ZC 设备2袁根据车载 ATP 汇报的车辆位置信息并结合联锁设备汇报的进路锁闭和空闲信息袁通过计算得出控区内的 CBTC 列车的移动授权袁 控制该CBTC 列车高效尧安全地运行遥渊2冤LTE 设备院在车辆段信号设备室内增加 LTE室内设备袁在车辆段轨旁增加 LTE 室外 AP 设备遥增加上述设备用于实现车辆段自动化区域的无线覆盖袁确保 CBTC 列车与地面 ZC尧ATS 保持车地无线通信袁维持 CBTC 运营模式运行遥渊3冤无源应答器院在车辆段列检库的每个出库信号机处设置 2 个无源应答器用于实现列车的出库快速升级功能遥 在咽喉区设置无源应答器袁实现列车在场段内 CBTC 运行的连续定位功能遥渊4冤信号机调整院升级所有出尧入库信号机为三显示的列兼调信号机遥 采用矮型黄尧白尧红三显示信号机袁红灯为定位遥渊5冤其余设备与既有保持一致遥3.3系统升级3.3.1ATS 子系统功能升级区别于非自动化场段袁自动化场段需 ATS 子系统升级实现如下功能院渊1冤为了提高出库效率袁ATS 子系统应根据当日列车出尧入库计划自动为计划上线列车分配列车头码袁该头码可自动触发出列车当前库线到转换轨处的列车进路遥渊2冤为了方便调度员组织管理在线列车袁ATS 子系统应具备车辆段内及正线范围内的列车车组号连续追踪功能遥渊3冤ATS 子系统可根据当日运行图计划自动为运行至转换轨处的 CBTC 列车分配上线车次遥渊4冤对于完成当日运营计划运行至转换轨的回库列车袁ATS 子系统应根据该列车的回库计划自动为该列车设置计划库线对应的列车头码袁该头码可自动触发出转换轨到库线的列车进路袁列车运行至目的地后自动转为人工车遥3.3.2信号机机构改造自动化车辆段内的信号机采用列车信号机和调车信号机分离的设置方案遥 同时设置列车进路和调车进路袁运行级别为 CBTC 的列车采用列车进路控制袁运行级别为非 CBTC 的列车采用列车或调车方式遥 自动化车辆段内信号机的显示意义与常规项目一致遥车辆段内信号机机构改造内容院渊1冤将自动化车辆段内自动化区域涉及的信号机袁包括列检库两列位分界处信号机尧进库信号机和出库信号机袁设置为列车兼调车信号机遥 在原调车信号机二灯位的基础上升级为三显示机构袁采用黄尧白尧红三灯位袁红灯设置为定位遥渊2冤自动化车辆段内非自动化区域涉及的信号机仍设置为调车信号机不变袁采用蓝尧白两灯位信号机构袁蓝灯设置为定位遥3.3.3联锁功能升级自动化车辆段的联锁子系统应实现如下功能院渊1冤列车进路锁闭后袁联锁子系统驱动进路中的进段信号机点亮绿灯袁同时驱动进库信号机点亮黄灯遥 联锁子系统应支持列车进路随着列车走行的正常解锁遥 随着列车运行袁列车进路逐段解锁遥 已解锁部分如有调车信号机袁解锁后可办理以此调车信号机为始端或终端的调车进路遥渊2冤调车进路锁闭后袁联锁子系统驱动进路中的信号机点亮白灯遥渊3冤出入停车列检库线路及列检库内移库的进路设置为列车进路遥渊4冤段内信号机正常情况下均不灭灯渊试车线上信号试车用的信号机除外冤遥渊5冤车辆段内采用固定闭塞的运行方式袁列车进路中只允许一列车运行遥3.3.4ATP/ATO 控制升级车辆段信号系统新增了 CBTC 级别的ATP/ATO功能袁该功能与正线部分一致遥 运营列车可在车辆段的自动化区域内采用 CBTC鄄AM 模式自动驾驶袁司机无需操作即可实现列车从转换轨自动运行至列检库库线停车位置或从列检库库线自动运行至转换轨停车位置3遥 列车运行过程中袁信号系统实时监测列车的运行状态及所在进路中轨道占用情况尧道岔状态等信息袁实时为运行列车计算移动授权以确保列车安全尧高效运行遥3.4其它说明车辆段轨道电路不进行 ARB 判断遥对于采用轨道电路作为列车位置检测的车辆段袁ZC 无法识别分创新与实践123粤怎贼燥皂葬贼蚤燥灶 驭 陨灶泽贼则怎皂藻灶贼葬贼蚤燥灶圆园23,38穴10雪路不良导致的故障占用状态袁 故对此状态 ZC 判断为 UT 占用遥由于车辆段的线路限速已为 25 km/h袁因此袁车辆段不支持临时限速功能遥车辆段内取消列车进路采用的延时参数与取消调车进路采用的延时参数一致遥4结语本文对国内典型的非自动化车辆段提出了升级改造方案袁通过划分自动化区域袁增加 ZC 设备尧车地无线设备尧应答器设备并对既有信号系统进行升级袁系统地尧经济地实现了非自动化车辆段改造成自动化车辆段袁大大提升了系统的运营效率及安全性袁其优点在于投资较小尧施工简单和易于推广遥本文研究结论对 CBTC 改建自动化车辆段具有一定的参考价值遥参考文献院1陈逸袁刘燕.城市轨道交通既有车辆段自动化改造方案研究方法分析J.应用技术袁2022袁25渊9冤院199-202.2郭伟.地铁自动化车辆段信号系统设计中的安全要素J.城市轨道交通研究袁2017袁20渊Z1冤院81-83.3覃定明袁李永霞袁喻智宏袁等.地铁出入段线转换轨设置J.都市快轨交通.2014袁27渊4冤院35-37援姻出现一种动作识别为另一种动作的情况袁但在手部放松渊不发布控制指令冤状态下会存在误识别为某一动作指令的情况遥 在肢体动作和手势动作融合控制的实验中袁当手臂进行动作时袁会导致手部产生细微运动袁从而获得额外的肌电指令遥通过记录的正确识别指令的次数袁统计指令识别的准确率袁如图 9 所示遥实验结果表明袁肢体控制尧肌电控制以及肢体和肌电融合控制的指令识别准确率分别在 100%尧95%尧93%左右遥 肌电控制与肢体和肌电融合控制的指令识别率相差不大袁但多模融合的控制方式袁可以大幅增加控制指令的数量袁以适应更复杂的任务场景遥4结语本文提出了一种多模态人机交互控制方案袁通过操作者手臂和手部的自然运动实现对水下机器人的运动控制遥 通过对手臂关节运动角度的检测和机器学习算法袁完成了对肢体动作和肌电信号的控制意图识别袁并将控制指令发送到水下机器人端口袁实现了对水下机器人的多模人机交互控制效果遥 最后袁通过多模态人机交互控制测试的实验袁验证了多模人机交互控制方式完成水下作业任务的可行性和有效性遥进一步的工作可以从降低肢体动作和肌电信号的干扰方面进行改进袁以提高多模态控制方式的指令识别准确率遥 相信未来的多模人机交互技术在遥操作尧康复尧助力等领域中定会得到广泛的应用遥参考文献院1肖晴晗.水下机器人研究现状及趋势分析J.产业创新研究袁2021渊20冤院25-27.2裴香丽袁张明路袁田颖袁等.自主式水下机器人控制方法研究J.火力与指挥控制袁2021袁46渊10冤院1-6+16.3李家霖袁杨洋袁杨铁袁等.外骨骼式遥操作主手设计及主从异构映射算法研究J.机器人袁2020袁42渊6冤院651-660.4李想袁乔志强袁张忠海袁等.基于脑肌电信号的机械臂控制方法与实现J.计算机测量与控制袁2019袁27渊12冤院83-87+92.5汪洋袁张定国.针对上肢高位截肢者的肌电假肢设计J.传感器与微系统袁2018袁37渊4冤院84-88+91.6Mallwitz M袁Will N袁Teiwes J袁et al.The CAPIO active upperbody exoskeleton and its application for teleoperationC/13thSymposium on Advanced Space Technologies in Robotics andAutomation袁2015.7Bongsu K袁Ashish D D.An upper鄄body rehabilitation exoskeletonHarmony with an anatomical shoulder mechanism院Design袁mod鄄eling袁control袁and performance evaluationJ.International Journalof Robotics Research袁2017袁36渊4冤院414-435.8易润泽.面向机器人遥操作的多模态人机交互技术D.南京院东南大学袁2018.9张佳林袁黎兰袁刘相新.可穿戴外骨骼机器人的发展现状与应用研究J.机械与电子袁2018袁36渊3冤院77-80.姻10210098969492908886841234操作者肢体控制肌电控制肢体和肌电融合控制图 9三种控制方式下指令识别准确率Fig.9Accuracy of instruction recognition underthree control modes渊上接第 51 页冤创新与实践124